Cos'è il Bend Testing?

Il Bend Testing (test di piegatura), a volte chiamato test di flessione o di trave trasversale, misura il comportamento dei materiali sottoposti a un carico di trave semplice. Viene comunemente eseguito su materiali relativamente flessibili come i polimeri, il legno e i compositi. Al suo livello più elementare, un test di piegatura viene eseguito su una macchina di test universale mettendo un campione su due incudini di supporto e piegandolo attraverso la forza applicata su 1 o 2 incudini di carico al fine di misurare le sue proprietà.

Test di piegatura Instron

 

I test di piegatura o di flessione applicano la forza sia con una sola incudine superiore nel punto centrale, che corrisponde a un test di piegatura a 3 punti, o due incudini superiori equidistanti dal centro, un test di piegatura a 4 punti. In un test a 3 punti l'area di stress uniforme è abbastanza piccola e concentrata sotto il punto centrale di carico. In un test a 4 punti, l'area di stress uniforme è presente tra i punti di carico della campata interna (in genere metà della lunghezza della campata esterna). A seconda del tipo di materiale da testare, ci sono molti dispositivi di flessione diversi che possono risultare appropriati.

attrezzature per test di flessione

Perché eseguire un test di piegatura? 

Gli ingegneri spesso vogliono capire vari aspetti del comportamento del materiale’, ma un semplice test di tensione o compressione monoassiale potrebbe non fornire tutte le informazioni necessarie. Quando il provino si piega o si flette, è soggetto a una complessa combinazione di forze, tra cui tensione, compressione e taglio. Per questo motivo, i test di flessione sono comunemente usati per valutare la reazione dei materiali a situazioni di carico realistiche. I dati dei test di flessione possono essere particolarmente utili quando un materiale deve essere usato come struttura di supporto. Per esempio, una sedia di plastica deve dare sostegno in molte direzioni. Mentre le gambe sono in compressione quando sono in uso, il sedile dovrà resistere alle forze di flessione applicate dalla persona seduta. Non solo i produttori vogliono fornire un prodotto che possa reggere i carichi previsti, ma il materiale deve anche tornare alla sua forma originale se si verifica una flessione.

Esecuzione di un test e calcolo dei risultati

I test di piegatura sono generalmente eseguiti su una macchina di test universale utilizzando un dispositivo di piegatura a 3 o 4 punti. Variabili come la velocità di test e le dimensioni del provino sono determinate dallo standard ASTM o ISO utilizzato. I campioni sono generalmente rigidi e possono essere fatti di vari materiali come plastica, metallo, legno e ceramica. Le forme più comuni sono barre rettangolari e campioni di forma cilindrica.

Un test di piegatura produce uno stress di trazione nel lato convesso del provino e uno stress di compressione nel lato concavo. Questo crea un'area di stress di taglio lungo la linea mediana. Per assicurarsi che il cedimento primario derivi da stress di trazione o compressione, la sollecitazione di taglio deve essere minimizzata controllando il rapporto campata/profondità; la lunghezza della campata esterna divisa per l'altezza (profondità) del provino. Per la maggior parte dei materiali, S/d=16 è accettabile. Alcuni materiali richiedono S/d=32 a 64 per mantenere lo stress di taglio abbastanza basso.  

Lo stress massimo della fibra e la deformazione massima sono calcolati per incrementi di carico. I risultati sono tracciati su un diagramma stress-deformazione. La resistenza alla flessione è definita come lo stress massimo nella fibra più esterna. Questo è calcolato sulla superficie del provino sul lato convesso o di tensione. Il modulo di flessione è calcolato dalla pendenza della curva di stress rispetto alla deformazione. Se la curva non ha una regione lineare, una linea secante è adattata alla curva per determinare la pendenza. 

test di flessione

I valori calcolati come la forza massima e l'estensione massima possono essere registrati proprio come un normale test di tensione o compressione basato sulle letture della cella di carico e dell'estensione. I valori di stress e di deformazione sono calcolati in modo diverso, poiché incorporano la campata di supporto del dispositivo di flessione e la campata di carico (per i test di piegatura a 4 punti). È altrettanto importante registrare queste misure quanto lo è registrare correttamente le dimensioni del campione’. Una volta che questi valori sono inseriti in Bluehill Universal, i calcoli come quelli relativi al modulo di flessione vengono eseguiti automaticamente quando richiesto.

Ingresso del dispositivo di test di flessione in Bluehill Universal

Materiali tipici 

Polimeri 

I polimeri sono più comunemente testati con un test di piegatura a 3 punti. La deflessione del provino è solitamente misurata dalla posizione della traversa, e i risultati del test includono la resistenza alla flessione e ilmodulo di flessione .

Legno e compositi 

Il legno e i compositi sono più comunemente testati con il test di piegatura a 4 punti. Il test a 4 punti richiede un deflettometro per misurare accuratamente la deflessione del campione al centro della campata di supporto. I risultati dei test includono la resistenza alla flessione e il modulo di flessione. 

Materiali fragili 

Quando un test di piegatura su 3 punti viene fatto su un materiale fragile come la ceramica o il cemento, la resistenza alla flessione viene spesso chiamata modulo di rottura (MOR). Questo test fornisce solo dati sulla resistenza alla flessione, non sulla rigidità (modulo). Il test a 4 punti può essere utilizzato anche su materiali fragili, anche se l'allineamento del supporto e delle incudini di carico è critico in questi casi, e il dispositivo di test per questi materiali ha solitamente incudini auto-allineanti.

Standard comuni di test di flessione ASTM e ISO

  • ASTM D790 - Metodi di test standard per le proprietà flessionali delle materie plastiche non rinforzate e rinforzate e dei materiali isolanti elettrici
  • ISO 178 - Plastica-Determinazione delle proprietà flessionali
  • ASTM A370 - Test di trazione e test di piegatura delle barre rinforzate in acciaio